Tecnologia meccanica

Processi lavorazione polveri metalliche

Applicazioni:

• Metalli porosi: filtri, cuscinetti auto lubrificanti
• Metalli duri (carburo tungsteno + cobalto) utensili per lavorazioni con asportazione e componenti soggetti ad usura
• Metalli ad elevato punto di fusione e metalli refrattari
• Materiali compositi: metalli e non-metalli, particelle non solubili allo stato liquido
• Leghe speciali: struttura micro-cristallina (vetro)

Processo di produzione

1. Produzione polveri
2. Blending
3. Compaction
4. Sintering
5. Finishing operation

Tipi di produzione (fase I)

• Atomization
  • Produces a liquid-metal stream by injecting molten metal through a small orifice. The stream is broken by inert jet
• Reduction
  • Uses gases as reduction agents
• Electrolytic deposition
  • Uses aqueous solutions or fused salts
  • Carbonyls
  • Iron carbonyl [Fe(CO)₅] and nickel carbonyl [Ni(CO)₄] are due to reaction between Fe and Ni with carbon monoxide
• Comminution (pulverization)
  • Crushing, milling, grinding ductile metals
• Mechanical alloying
  • Formed by the action of impact of hard balls
• Nano-powders
• Microencapsulated powders
  • Dimensioni sopre al micron

Powder Characteristics

• Dimensioni e distribuzione delle particelle
• Forma particelle:
  • SF = (A/V)Deq
  • "Shape index"/aspect ratio
• Proprietà Fisiche:
  • Durezza
  • Resilienza
• Proprietà chimiche:
  • Composizione
  • Impurezza
• Proprietà meccaniche:
  • Flusso delle tensioni
  • Densità reale & apparente
  • Compressibilità

Forma particelle

• Efficienza impaccamento
  • In base alla presenza di spazi vuoti
• Non dipende dalla posizione e la forma delle molecole che mi condizionano l’impaccamento

Densità

• True density ➔ densità del volume reale del materiale, quindi la densità di una polvere come se fosse fusa in un pezzo
• Bulk density ➔ densità della polvere non compatta

Bulk < densità ➔ presenza di vuoti perché la polvere libera, non è compatta

• Fattore di impaccamento = (bulk density / true density) = 0,5 ÷ 0,7
• Particelle con diverse dimensioni possono diminuire i vuoti e aumentare il fattore di impaccamento
• Pressione può migliorare il fattore di impaccamento

Ritornanza:

• Evita formazione del cono di ritiro all'interno del getto
• Compensa contrazione di volume nel raffreddamento in fase liquida e nel passaggio liquido - solido
• Concentra impurità basso fondenti all'esterno del getto

Design of casting system:

Titello fuso incomprimibile: legge continuità

Uso Bernoulli per approssimare v del flusso

Regola: Suddividere il getto in parti a modulo termico crescente verso la ritornanza

Regola empirica:

Sovrametallo: Necessario per poter eseguire successive asportazioni di truciolo

• Aumenta: aumentando delle dimensioni o della precisione richiestà
• Diminuisce: in fusioni in serie

Può essere:

• costante
• variabile: per semplificare l'anima o favorire solidificazione unidirezionale

Tensioni residue

Con diverse velocità di raffreddamento si hanno accorciamenti delle barrelette, ma essendo vincolate, si devono accorciare della stessa quantità, e quindi risultano sottoposte a stress residui.

Difetti:

Sono di diverso tipo, spesso il ritiro astralato dà la forma può dare origine a cricche dove sono presenti spigoli acuti (concentrazione di sforzi)

Gas inclusion: Origine - dissoluzione del metallo liquido

Non metallic inclusions: Origine - Fasi non metalliche o compositi intermetallici (specialmente in leghe non ferrose)

Effetti - riduzione duttilità

• Rimozione gas:
• Non usare materiali "nuovinni" (al di taglio)
• Protezione mediante flussi
• Degasaggio
• Fusione sotto vuoto (costosa)

Riduzione effetti nocivi del gas - colata sotto pressione.

Various Forging Operations

• Coining
  • Condotto in stampi completamente chiusi.
  • Forze circa 5/6 volte la resistenza del materiale.
  • Non si usa lubrificante perché può rimanere intrappolato nelle cavità molto precise degli stampi.
• Heading (Upset forging)
  • Usata per rivetti, aghi e viti.
• Piercing
  • Produzione di cavità o fori.

[...]

Difetti nelle parti forgiate

• Spessori piccoli possono generare instabilità.
• Difetti interni causati da billetta sovradimensionata, le parti dello stampo vengono riempite prematuramente, il materiale fluisce.

Difetti di formazione

• Se gli angoli sono troppo piccoli o troppo netti, il materiale non segue bene lo stampo e si arriccia sui bordi degli angoli, oppure il materiale cerca di formare curve dolci, quindi non segue bene gli angoli dello stampo e non avviene una buona forgiatura.

Estrusione

• Una matrice cilindrica è forzata al passaggio attraverso uno stampo che può avere svariate sezioni.
• Enorme deformazione che avviene senza fratture, questo perché il materiale è sottoposto ad elevate sollecitazioni triassiali.
• Processo semi-continuo.
• Elevata temperatura solitamente.
• Cold-extrusion è incorporata con processi di forgiatura.

Tipi di estrusione

• Diretta - la billetta è messo in un "chamber" e forzata al passaggio attraverso lo stampo da un pistone.
• Indiretta - è lo stampo che si muove verso la billetta.
• Hydrostatic - la billetta non è premuta direttamente dal pistone, ma da un liquido che forma una distribuzione tri-assiale delle pressioni. La migliore lavorabilità e minore attrito.
• Lateral -

Extrusion Force

• Dipende da:
  1. resistenza del materiale
  2. ratio di estrusione
  3. attrito
  4. variabili di processo (t, v)

F = A_o · K ln (A_o / A_f)

K · costante di estrusione

dipende dal materiale ed

I maggiori parametri durante il taglio sono

• forma di punzone e stampo
• velocità del punzone
• lubrificazione
• gioco tra stampo e punzone

Importante ➔ determina forma e qualità dei bordi tagliati ➔ bordi ruvidi, zona di deformazione maggiore quindi il materiale tende ad essere spinto in questa zona

Velocità ➔ qualità bordi ↑ (10÷12 m/s)

Si ha un indurimento dei bordi del materiale (incrudimento) soprattutto per lavorazioni a freddo

Punch force ➔ deriva dalla stress di taglio richiesto

F = 0.7 (UTS) . T . L T = spessore L = perimetro foro/buco

Vi è la presenza di attrito

Fine blanking ➔ bordi ottimi e netti

• il foglio viene mantenuto a pressione sullo stampo, il gioco è nell'ordine dell'1% lo spessore del foglio (0.5 to 13 mm)
• buona tolleranza dimensionale (± 0.05 ÷ ± 0.025 mm)

Caratteristiche e tipi di stampo/punzone

• gioco ➔ può influenzare la qualità dei bordi
• dipende da:
  • tipo di materiale
  • spessore e dimensione
• solitamente 2 ÷ 8% dello spessore del pezzo